茶皂素生物表面活性剂在环境保护领域的运用研究进展

张 龙，刘 彤，曹 阳，郭 妤，唐 婷

(1.贵州大学 化学与化工学院，贵州 贵阳 550025；2.贵州大学明德学院，贵州 贵阳 550025)

茶皂素生物表面活性剂在环境保护领域的运用研究进展

张 龙1，刘 彤1，曹 阳1，郭 妤1，唐 婷2

(1.贵州大学 化学与化工学院，贵州 贵阳 550025；2.贵州大学明德学院，贵州 贵阳 550025)

本文主要通过阐述茶皂素生物表面活性剂的特点及其在土壤中重金属的去除、水体中重金属的去除、固体垃圾焚烧飞灰中的重金属的去除、土壤中有机物的去除等环境保护领域先进技术及成果，为今后的生产实践提供指导意义。

茶皂素；生物表面活性剂；环境保护；运用

茶皂素又名茶皂甙，是由茶树种子中提取出来的一类醣甙化合物，其茶分子是由亲水性的糖体和疏水性的配位基团所构成，是一种性能优良的天然非离子型表面活性剂，它具有发泡、乳化、分散、温润等性能，并有抗渗、消炎、镇痛等方面的药理作用。因此，可用来制造各种类型的乳化剂、洗涤剂、泡沫剂、防腐剂、杀虫剂及其他药剂[1]。近年来，茶皂素生物表面活性剂在环境污染治理方面的应用受到广泛关注，在土壤和水体修方面具有很好的应用价值。这是因为该生物表面活性剂具有亲水亲脂两亲性的表面活性物质。其相比化学表面活性剂具有以下几个特点：(1)其无毒或低毒；(2)其可生物降解，不会造成二次污染；(3) 其一般对生物的刺激性较低，可消化；(4)其有更好的环境相容性与起泡性；(5)其生产成本低；(6)其结构多样，通过不同的分子修饰方法可适用于不同的领域；(7)其在极端盐浓度、pH 值、温度下具有更好的选择性和专一性。近年来人们对于茶皂素生物表面活性剂在环境保护领域的运用也不断深入[2]。

1 茶皂素生物表面活性剂对土壤中重金属的去除

张中文采用振荡离心的方法对茶皂素在不同浓度、离子强度条件下对供试土样中重金属的解吸影响[3]。研究结果表明，土壤中重金属的去除率随着茶皂素茶皂素浓度的增加而增加，当茶皂素溶液的浓度为7%，土样中重金属的去除率达到最大值，去除率分别为Cd 96.4 %，Zn 71.7%，Pb 43.7%，Cu 20.6%；随着土壤环境pH值的增加，重金属的去除率随之减少，离子强度对Pb、Cu 的去除效率影响不大，Zn、Cd 的去除率随着离子强度的增加而减少。李光德采用振荡提取和土柱淋洗的方法，将生物表面活性剂茶皂素作为土壤淋洗剂，对茶皂素对土壤中重金属的去除效果进行研究[4]。研究结果表明，该淋洗剂在茶皂素溶液的质量分数为7%、pH值为5.0±0.1、土液质量体积比1∶4的条件下，对土壤中重金属Cd、Zn、 Cu、Pb的去除率分别为42.4%、13.1%、8.8%、6.7%，去除率的大小顺序为Cd>Zn>Cu>Pb。说明茶皂素淋洗能有效去除土壤中可还原态和酸溶态的重金属。卢宁川采用振荡法对研究茶皂素对土壤中重金属的解吸效果、解吸动力学、解吸前后土壤中重金属形态变化[5]。研究结果表明，当茶皂素溶液的质量分数为3%时，对土壤中Cd、Pb、Zn的解吸率分别为41.3%、10.9%和8.5%，这三种重金属的解吸过程均为非均相扩散过程，包含快反应和慢反应2个阶段；同时还发现通过茶皂素的解吸，Cd的碳酸盐态、Fe - Mn氧化物态、水溶态及可交换态、残渣态、有机结合态含量分别下降了58.7%、54.4%、48.3%、41.8%、32.2%；Pb的残渣态和碳酸盐结态含量分别下降了42.3%和35.4%，其他形态含量无明显变化；Zn的碳酸盐态含量降低29.2%，但水溶态及可交换态含量比解吸前提高277.5%，其他形态含量无明显变化。

2 茶皂素生物表面活性剂对水体中重金属的去除

彭艳春采用十二烷基硫酸钠与茶皂素复配比为4∶l，pH值=8.0，通气量为0.2 L·min-1，C复配体系：CCu2+=3∶1的条件下可以得到94.8%复配体系浮选去除废水中铜离子的最大去除率，泡沫浓缩液中铜的富集比最高达158。但随着溶液中离子强度的增大，铜离子去除率显著降低[6]。孟佑婷对茶皂素作为离子浮选剂去除废水中镉离子的能力进行了研究，研究结果表明茶皂素浮选去除单一废水中的Cd2+取得了良好效果，在C茶皂素：CCu2+=2～3，pH值为6.0～8.0，通气量0.15 L·min-1，最佳去除率达到85.87%，对Cd2+最高富集比32.17。并用化学表面活性剂十二烷基硫酸钠作为参照样的研究发现，在对Cd、Pb、Cu三种金属离子中，茶皂素对Pb2+的去除率最高，对Cd2+的去除率最低。去除率随着茶皂素浓度的提高而升高溶液pH值和离子强度对去除效率和泡沫富集比影响较大，去除率和泡沫富集比都随着溶液pH值的变化有最高值。茶皂素浮选金属离子在溶液pH值为6.0时，Cu2+和Pb2+去除效果最佳，随着pH值升高，去除率降低[7]。

3 茶皂素生物表面活性剂对固体垃圾焚烧飞灰中的重金属的去除

陈丹利用茶皂素表面活性剂的特性对固体垃圾焚烧飞灰进行表面活化改性，其后利用茶皂素螯合剂的特性对改性后的固体垃圾焚烧飞灰中的Pb、Zn、Cd等重金属进行处理[8]。研究表明茶皂素对固体垃圾焚烧飞灰的表面改性活化率在95%以上，同时其对固体垃圾焚烧飞灰中Pb、Zn、Cd等重金属的稳定能力与磷酸钠和硫脲相当。马斌将经过茶皂素活化处理后的垃圾焚烧飞灰与未经过活化处理的垃圾焚烧飞灰进行固体废物浸出毒性测定实验，实验结果表明经过茶皂素活化处理后的垃圾焚烧飞灰中重金属Cd与Pb的浸出量为未经过活化处理的垃圾焚烧飞灰的69%与28%，说明活化后垃圾焚烧飞灰中的重金属离子与茶皂素发生螯合反应，被固定在固相中[9]。

4 茶皂素生物表面活性剂对土壤中有机物的去除

王军利用水提法提取茶皂素水溶性有机物(DOM)，研究了其对污染土壤中多环芳烃的去除及其影响因素[10]。研究表明当茶皂素DOM浓度为1%时，其对污染土壤中菲和芘的去除率分别为21.2%和14.5%。随着茶皂素DOM浓度的增加，污染土壤中菲和芘的去除率也随着增加。当茶皂素DOM浓度为5%时，菲和芘的去除率分别达到59.2%和53.1%，随着老化时间的延长，茶皂素DOM对污染土壤中菲和芘的去除率先是升高，然后又降低。

5 总结与展望

随着我国油茶事业的蓬勃发展，每年得到的茶皂素生物表面活性剂将日益增多，如我国的科技工作者开发出更多将其运用于环境保护领域的技术，将会对我国的生态环境的改善起到

更加积极的作用。

[1] Chen Y H,Li X D.Leaching and uptake of heavy metals by ten different species of plants during an EDTA - assistedphytoextraction process[J].Chemosphere,2014(57):187-196.

[2] 陈玉成.茶皂素表面活性剂对植物吸收土壤重金属的影响[D].武汉:武汉大学,2011:43-48.

[3] 张中文,李光德,周楠楠,等.茶皂素对污染土壤中重金属的修复作用[J].水土保持学报,2008,22(6):67-70.

[4] 李光德,张中文,敬 佩.茶皂素对潮土重金属污染的淋洗修复作用[J].农业工程学报,2009,25(10):231-235.

[5] 卢宁川,郁建桥,杨 芳.茶皂素对土壤中重金属的解吸过程及机制[J].安徽农学通报,2010,16(9):36-39.

[6] 彭艳春,袁兴中,张 玲,等.表面活性剂复配体系浮选去除废水中铜离子的研究[J].农业环境科学学报,2012,27(5):27-32.

[7] 孟佑婷,袁兴中,曾光明,等.生物表面活性剂茶皂素离子浮选去除废水中镉离子[J].环境科学学报,2015,25(8):41-43.

[8] 陈 丹,钱光人,张后虎,等.茶皂素稳定和改性处理垃圾焚烧飞灰试验研究[J].中北大学学报(自然科学版),2015,27(6):19-24.

[9] 马 斌,李素芳.茶皂素在垃圾焚烧飞灰固化处理中的应用[J].中国茶叶,2013,42(8):52-56.

[10] 王 军,贾 慧.茶皂素DOM对土壤中菲和芘去除的影响[J].科技信息,2010(2):124-127.

(本文文献格式：张 龙，刘 彤，曹 阳，等.茶皂素生物表面活性剂在环境保护领域的运用研究进展[J].山东化工,2017,46(15):68-69.)

Research Progress of Application of Tea Saponin Biosurfactant in Environmental Protection

ZhangLong1,LiuTong1,CaoYang1,GuoYu1,TangTing2

(1.School of Chemistry and Chemical Engineering,Guizhou University,Guiyang 550025,China;2.Minde College of Guizhou University,Guiyang 550025,China )

This paper mainly describes the characteristics of tea saponin biosurfactant and its removal of heavy metals in soil,the removal of heavy metals in water,the removal of heavy metals from solid waste incineration,the removal of organic matter in soil,and other advanced technologies in environmental protection And the results for the future production practice to provide guidance.

tea saponin; biosurfactant; environmental protection; application

2017-05-05

贵州省国际科技合作计划项目(黔科国合GH字[2013]1034号)；贵州省科技合作计划项目(黔科合LH字[2015]7681号)；贵阳市科学技术计划工业攻关项目(筑科合同[2012101]2-21号)

张 龙(1976—)，男，讲师，硕士研究生，主要从事有机化学试验教学和研究；通讯作者：刘 彤(1979—)，男，贵州都匀人，副教授，硕士研究生，主要从事化工原理与无机填料试验教学和研究。

TQ423.9

A

1008-021X(2017)15-0068-02